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本科论文电容式压力传感器的检测电路及仿真摘要本文详细的描述了电容式压力传感器的结构，工作原理，特性，发展现状和趋势等。
并且在此基础上提出了电容式压力传感器的检测电路及其仿真方法，详细的分析了压力大小与电路输出电压之间的关系。
关键词：传感器，工作原理，特性，检测电路，发展I本科论文目录摘要 (I)1 绪论 (3)2 压力传感器的结构 (3)3 压力传感器的工作原理 (3)4 电容式压力传感器 (5)4.1 电容式传感器的原理及其分类 (5)4.1.1 电容式传感器的原理 (5)4.1.2 电容式传感器的分类 (6)4.2 电容式压力传感器的工作原理 (7)4.3 电容式压力传感器的特性 (7)4.4 电容式压力传感器的等效电路 (8)5 电容式压力传感器的检测电路 (9)5.1 检测电路 (9)5.2 结果分析 (11)5.3 影响电容传感器精度的因素及提高精度的措施 (12)5.3.1 边缘效应的影响 (12)5.3.2 寄生电容的影响 (12)5.3.3 温度影响 (12)6 电容式压力传感器的应用 (13)7 电容式压力传感器的发展 (13)8 结论 (14)致谢 (16)参考文献 (17)II本科论文1 绪论科学技术的不断发展极大地丰富了压力测量产品的种类，现在，压力传感器的敏感原理不仅有电容式、压阻式、金属应变式、霍尔式、振筒式等等但仍以电容式、压阻式和金属应变式传感器最为多见。
金属应变式压力传感器是一种历史较长的压力传感器，但由于它存在迟滞、蠕变及温度性能差等缺点，其应用场合受到了很大的限制。
压阻式传感器是利用半导体压阻效应制造的一种新型的传感器，它具有制造方便，成本低廉等特点，因此在非电物理量的测试、控制中得到了广泛的应用。
尤其是在航天、航空、常规武器、船舶、交通运输、冶金、机械制造、化工、轻工、生物医学工程、自动测量与计量、称量等技术领域。
电容式压力传感器是应用最广泛的一种压力传感器。
COMSOL在压阻式柔性压力传感器中的应用王宗荣1, 王珊11浙江大学Abstract引言：柔性压力传感器在电子皮肤、智能假肢以及医疗监测诊断等领域发挥着十分重要的作用。
因此压力传感器需要很高的灵敏度、宽的敏感区间及稳定的性能。
利用典型的有机硅 PDMS 作为支撑层，聚合物 PEDOT: PSS 作为导电感应层制得的高度不均一的微突结构的双压敏机制压阻传感器灵敏度达到了 851kPa-1，探测范围广，表现出了优异的性能，为解决目前压阻传感器中灵敏度低、敏感压力区间窄的难题提供了新思路。
COMSOL MULTIPHYSICS® 软件的使用：本文利用COMSOL软件建立了不均匀微突结构的压阻式传感器模型，采用了结构力学与电流场两个物理场，通过电子接触对进行多物理场的耦合。
研究在指定位移情况下，压阻式传感器电阻与电流的变化，从而得到灵敏度，验证不均匀微突结构压阻式压力传感器的双作用机制。
同时，建立了均一微金字塔结构的压力传感器进行比较，对比得出性能更好的压阻式传感器结构。
结果：通过COMSOL模拟的结果，在相同位移的情况下，不均匀微突结构压力传感器的灵敏度比均一金字塔结构高的多。
模拟结果如图1,2,3 。
结论：模拟均一微金字塔结构和不均匀微突结构的压阻式传感器，通过指定位移，得出电阻电流随位移的变化情况，从而得出灵敏度，验证不均匀微突结构压阻式压力传感器的双作用机制。
结果表明不均匀微突结构的压力传感器灵敏度要大大高于均一微金字塔结构。
Reference1.Wang, ZR et.al, High Sensitivity, Wearable, Piezoresistive Pressure Sensors Based on Irregular Microhump Structures and Its Applications in Body Motion Sensing. Small , 12 (28), 3827-36(2016).2.Choong, C. L et.al, Highly stretchable resistive pressure sensors using a conductive elastomeric composite on a micropyramid array. Advanced materials , 26 (21), 3451-8(2014).Figures used in the abstractFigure 1: 10*10微突结构压力传感器COMSOL Multiphysics模拟结果Figure 1Figure 2: 均一微金字塔结构压力传感器COMSOL Multiphysics模拟结果Figure 2Figure 3: (a)含4种高度微突不均匀结构压阻式传感器表面应力;(b) (IP-I0)/I0与压力的关系（0-Figure 326kPa);(C) (IP-I0)/I0与压力的关系（0-1.4kPa）。
comsol 案例Comsol 案例。
在工程领域，仿真分析是一项非常重要的工作，它可以帮助工程师们更好地理解和预测各种物理现象，从而指导工程设计和优化。
而 Comsol Multiphysics 软件作为一款多物理场仿真软件，被广泛应用于各种工程领域，为工程师们提供了强大的仿真分析工具。
在本文中，我们将介绍一些使用 Comsol Multiphysics 软件进行仿真分析的案例，以展示该软件在工程实践中的应用价值。
首先，我们来看一个热传导问题的仿真案例。
假设我们需要设计一个电子设备的散热系统，我们可以利用 Comsol 软件对该系统进行热传导仿真分析。
通过建立相应的热传导模型，设置材料的热导率、边界条件和热源等参数，我们可以得到散热系统在不同工况下的温度分布和热流分布，从而指导散热器的设计和优化。
接下来，让我们看一个电磁场仿真案例。
假设我们需要设计一个电磁传感器，我们可以利用 Comsol 软件对该传感器的电磁场进行仿真分析。
通过建立相应的电磁场模型，设置材料的电磁特性、电流源和边界条件等参数，我们可以得到传感器在不同工作频率下的电磁场分布和传感特性，从而指导传感器的设计和优化。
此外，我们还可以利用 Comsol 软件进行流体力学仿真分析。
假设我们需要设计一个微流控芯片，我们可以利用 Comsol 软件对该芯片的流体力学特性进行仿真分析。
通过建立相应的流体力学模型，设置流体的性质、微通道的结构和边界条件等参数，我们可以得到微流控芯片在不同流速和压力下的流场分布和混合效应，从而指导芯片的设计和优化。
总的来说，Comsol Multiphysics 软件作为一款多物理场仿真软件，在工程实践中具有广泛的应用前景。
通过上述案例的介绍，我们可以看到该软件在热传导、电磁场和流体力学等领域的仿真分析中发挥着重要的作用，为工程师们提供了强大的仿真分析工具，帮助他们更好地理解和预测各种物理现象，指导工程设计和优化。
学习COMSOL案例库中的例子1，打开COMSOL MULTIPHYSICS: 双击COMSOL MULTIPHYSICS图标，进入基本功能界面，如下图2，进入案例库：单机“文件”-“案例库”，如下图：3，在“案例库”页面寻找个人感兴趣的案例，通常有如下两种方式：（1）直接在模块下进行搜索，这种方法要求对每个模块包含的内容比较了解，因为感兴趣的内容大多数时候分布在不同的模块。
如一部分的压电案例包含在“结构力学模块”，单击“结构力学模块”，打开子模块列表，找到“压电效应”，单击“压电效应”，展开所有压电效应下的案例，如下图（2）关键词搜索选择感兴趣案例，该方法能尽肯能全面的搜索到案例库中包含的所有感兴趣案例。
如在搜索框内输入“压电”（建议输入英文” piezoelectric”，搜索的结果更全，下图所示分别为中文和英文搜索结果），点击“搜索”，即出现所有与压电相关的案例，如下图：4，打开搜索到的案例，如在通过关键词搜索得到的结果中的“结构力学模块”-“压电效应”-“shear_bender”，鼠标左键单击“shear_bender”，弹出该案例的基本介绍，如下图：注意页面左下角有两个可以执行的图标选项和，其中（1）：打开案例运行文件，其中包含该案例在COMSOL中的具体设置，部分案例同时包含运行结果（案例图标前面是实心蓝点的是包含结果的，如果是空心蓝点是不包含结果，但是可以打开后运行出结果）。
鼠标左键单击打开该案例COMSOL文件，如下图，任何部分都可以查看具体设置。
（2）：打开该案例的背景介绍、COMSOL操作要点以及在COMSOL中的具体操作（step-by-step）。
鼠标左键单击打开PDF文件（电脑需要安装PDF阅读器），如下图，对照案例PDF说明以及COMOSL文件一步一步就可以重复出来。
注意：并不是所有的案例都经过汉化，因此一些案例库的PDF文件是英文的，但是前提如果安装是选择的语言是“ENGLISH”，所有的案例库文件都是英文版本，只有语言选择“中文”的情况，部分案例文件才是中文的。
氯碱薄膜电池作者COMSOL总结本案例描述氯碱薄膜电池中阳极和阴极结构上的二次电流分布。
模拟了整个电池中的一个单元。
目录1. 全局定义 (3)1.1. 参数 1 (3)2. Component 1 (4)2.1. 定义 (4)2.2. Geometry 1 (4)2.3. 材料 (5)2.4. Secondary Current Distribution (7)2.5. Mesh 1 (20)3. Study 1 (23)3.1. Stationary (23)3.2. 求解器配置 (23)4. Results (25)4.1. Data Sets (25)4.2. Derived Values (25)4.3. Tables (26)4.4. 绘图组 (26)1全局定义全局设定使用的模块1.1参数 1 参数2Component 1组件设定2.1定义2.1.1坐标系Boundary System 1坐标名称2.2Geometry 1Geometry 1单位几何统计2.2.1Import 1 (imp1) 设定2.3材料2.3.1Material 1Material 1选择材料参数Electrolyte conductivity 设定2.3.2Material 2Material 2选择材料参数Electrolyte conductivity 设定2.3.3Material 3Material 3选择材料参数Electrolyte conductivity 设定2.4Secondary Current Distribution 使用的模块Secondary Current Distribution 选择EquationsSettings变量2.4.1Electrolyte 1Electrolyte 1选择方程Settings来自材料的属性变量形函数弱表达式2.4.2Insulation 1Insulation 1选择方程形函数2.4.3Initial Values 1Initial Values 1选择Settings2.4.4Electrode Surface 1Electrode Surface 1选择方程Settings变量Electrode Reaction 1Electrode Reaction 1选择方程Settings变量弱表达式2.4.5Electrolyte Potential 1Electrolyte Potential 1选择方程Settings变量形函数2.5Mesh 1网格统计Mesh 12.5.1Size (size) 设定2.5.2Free Triangular 1 (ftri1)Free Triangular 1Size 1 (size1)选择Size 1设定3Study 1计算信息3.1Stationary研究设定物理场和变量选择网格选择3.2求解器配置3.2.1Solution 1编译方程: Stationary (st1)研究和步骤因变量 1 (v1)通用电解质电位 (comp1.phil) (comp1_phil) 通用稳态求解器 1 (s1)通用LogStudy 1/Solution 1 (sol1) 中稳态求解器 1 开始于11-五月-2016 14:58:44非线性求解器求解的自由度数：1009（加368 内部自由度）对称矩阵缩放因变量电解质电位(comp1.phil): 1.2使用了正交零空间函数Iter SolEst ResEst Damping Stepsize #Res #Jac #Sol LinEr r LinRes1 0.013 1.6e+003 1.0000000 0.0372 1 2 3.4e-013 4.8e-0162 0.02 1.3e+003 0.5960365 0.037 3 24 1.8e-012 1.1e-0153 0.017 5.8e+002 0.7692365 0.0384 3 6 3.7e-013 1.9e-0154 0.017 2.6e+002 0.7534002 0.0385 4 8 2.4e-013 3.5e-0155 0.012 91 0.8943628 0.0356 5 10 2.6e-012 7.6e-0156 0.0056 19 1.0000000 0.0257 6 12 2.4e-012 1.5e-0147 0.00082 1.6 1.0000000 0.0095 8 7 14 1.4e-012 2.7e-014Study 1/Solution 1 (sol1) 中稳态求解器1：解时间：3 s物理内存: 991 MB虚拟内存: 1087 MB全耦合 1 (fc1)通用方法和终止4Results4.1Data Sets4.1.1Study 1/Solution 1 解数据集: Study 1/Solution 1 4.2Derived Values 4.2.1体最小值 1表达式4.3Tables4.3.1表格 14.4绘图组4.4.1Electrolyte Potential (siec)表面: Electrolyte potential (V) 面箭头: Electrolyte current density vector 4.4.22D Plot Group 2表面: Electrolyte current density magnitude (A/m2)。
